基于CAD/CAE技術(shù)的鏈板沖壓模具設(shè)計(jì)探討

汪彬

（安徽東風(fēng)機(jī)電科技股份有限公司 安徽合肥 231202）

基于CAD/CAE技術(shù)的鏈板沖壓模具設(shè)計(jì)探討

汪彬

（安徽東風(fēng)機(jī)電科技股份有限公司 安徽合肥 231202）

傳統(tǒng)以模具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和簡(jiǎn)單公式為主要依據(jù)的設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中不能全面的對(duì)相關(guān)因素進(jìn)行綜合考慮，所以設(shè)計(jì)的效率、質(zhì)量等都難以滿足實(shí)際需要，而基于CAD/CAE技術(shù)的鏈板沖壓模具設(shè)計(jì)可以有效的彌補(bǔ)其缺點(diǎn)，使工程實(shí)用價(jià)值得到明顯的提升，所以受到設(shè)計(jì)人員的高度關(guān)注，在此背景下，本文針對(duì)基于CAD/CAE技術(shù)的鏈板沖壓模具設(shè)計(jì)展開(kāi)研究，為提升鏈板沖壓模具的設(shè)計(jì)水平作出努力。

CAD/CAE技術(shù)；鏈板沖壓模具；設(shè)計(jì)

前言

在計(jì)算機(jī)信息技術(shù)不斷深化的作用下，CAD/CAE技術(shù)逐漸被應(yīng)用于傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)改造過(guò)程中，通過(guò)此項(xiàng)技術(shù)可以對(duì)模具設(shè)計(jì)的合理性進(jìn)行提前檢驗(yàn)的功能，為精確設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)修改等提供了依據(jù)，對(duì)提升模具的設(shè)計(jì)水平和效率等具有積極的作用，所以針對(duì)基于CAD/CAE技術(shù)的鏈板沖壓模具設(shè)計(jì)展開(kāi)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 CAD/CAE技術(shù)分析

CAD即計(jì)算機(jī)輔助繪圖，其包括產(chǎn)品構(gòu)想、功能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析、加工制造等設(shè)計(jì)過(guò)程，可見(jiàn)其強(qiáng)調(diào)對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的輔助設(shè)計(jì)；CAE即計(jì)算機(jī)輔助工程，其通過(guò)建立產(chǎn)品的數(shù)字樣機(jī)、模擬產(chǎn)品和零件工況，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品和零件工程檢驗(yàn)、有限元分析和計(jì)算機(jī)仿真，可見(jiàn)此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用可以對(duì)產(chǎn)品和另加相關(guān)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)的確定，全面的明確產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺陷，并針對(duì)性的改進(jìn)，對(duì)提升產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量都具有積極的作用，所以將兩種技術(shù)應(yīng)用于鏈板沖壓模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，既具有可行性，也具有極大的工程價(jià)值[1]?，F(xiàn)階段國(guó)際上沖壓模具行業(yè)CAD/CAE技術(shù)的應(yīng)用軟件主要包括AutoForm軟件、UGNX軟件等，相比我國(guó)現(xiàn)階段的應(yīng)用水平更高，所以本文針對(duì)此兩種軟件，對(duì)基于CAD/CAE技術(shù)的鏈板沖壓模具設(shè)計(jì)展開(kāi)研究。

2 基于AutoForm的鏈板排樣設(shè)計(jì)及成本計(jì)算

AutoForm軟件的材料庫(kù)儲(chǔ)備著大量的材料型號(hào)和相關(guān)性能參數(shù)，設(shè)計(jì)人員可直接通過(guò)讀取對(duì)材料的沖壓性能全面準(zhǔn)確的掌握，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的排樣，在排樣的過(guò)程中：①要全面的準(zhǔn)備數(shù)據(jù)文件，即在UG軟件建模模塊中將鏈板料片的外形進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)，然后將其外輪廓零件文件進(jìn)行輸出；②在AutoForm軟件中新增Test_Blank文件后將輸出的外形輪廓文件讀入，然后在料片生成器的作用下，對(duì)料片外形曲線等進(jìn)行定義；③對(duì)料片的布置形式、樣料片的形狀、價(jià)格和面積的最優(yōu)參數(shù)、約束、卷料價(jià)格、材料厚度等料片的排樣參數(shù)進(jìn)行定義，通常情況下，在定義的過(guò)程中需要將不同的參數(shù)進(jìn)行嘗試性的設(shè)計(jì)應(yīng)用，再通過(guò)對(duì)比確定最優(yōu)的參數(shù)，保證設(shè)計(jì)參數(shù)定義的最優(yōu)化，圖1為定義料片排樣參數(shù)的計(jì)算機(jī)現(xiàn)實(shí)圖片[2]。然后，對(duì)約束參數(shù)設(shè)置按鈕、排樣形式、料片間距和卷料搭接邊值、旋轉(zhuǎn)角度、弧形料相關(guān)參數(shù)等約束參數(shù)進(jìn)行確定，其在定義的過(guò)程中同樣需要不斷的進(jìn)行嘗試；另外，需要結(jié)合不同類型卷料的價(jià)格、制作過(guò)程中涉及的人工和運(yùn)輸?shù)确矫娈a(chǎn)生的費(fèi)用等對(duì)卷料的價(jià)格進(jìn)行編輯，在具體設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要進(jìn)行有效的市場(chǎng)調(diào)研，并對(duì)工廠的實(shí)際費(fèi)用支出等進(jìn)行了解，以此保證鏈板模具設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。在以上基礎(chǔ)上進(jìn)行具體的排樣，由于排樣圖、排樣成本計(jì)算結(jié)果等均會(huì)因定義參數(shù)的不同而發(fā)生改變，所以在具體的少?gòu)U料排樣、有廢料排樣和無(wú)廢料排樣的過(guò)程中，要結(jié)合設(shè)計(jì)的參數(shù)等信息進(jìn)行針對(duì)性的計(jì)算和排樣，需要注意的是排樣圖的設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)模具設(shè)計(jì)和模具生產(chǎn)的效果等均會(huì)產(chǎn)生重要的影響，此項(xiàng)CAD/CAE技術(shù)可以保證設(shè)計(jì)中片料的面積或成本處于最優(yōu)的狀態(tài)，但在不同定義參數(shù)下，具體的加工和附加成本存在差異，所以通常情況下，會(huì)選擇成本最優(yōu)的排樣設(shè)計(jì)圖[3]。除此之外，此軟件支持直接將排樣圖和計(jì)算的結(jié)果輸出，而且可以利用PDF軟件直接讀取，并將條料的運(yùn)動(dòng)過(guò)程形象化的直觀展示，使模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性和全面性更加有保證。

結(jié)合以上基于AutoForm的鏈板排樣設(shè)計(jì)及成本計(jì)算的系統(tǒng)分析可以發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，人為直接定義設(shè)計(jì)過(guò)程和參數(shù)的環(huán)節(jié)非常少，這在一定程度上減少了人為設(shè)計(jì)的事物，提升了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性；另外，此項(xiàng)CAD/CAE技術(shù)在一定程度上保證了排樣設(shè)計(jì)的質(zhì)量，而且成本計(jì)算直接通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，這對(duì)提升鏈板沖壓模具設(shè)計(jì)的速度、精準(zhǔn)性等也具有積極的作用，所以設(shè)計(jì)中應(yīng)用的實(shí)際價(jià)值明顯。

圖1 定義料片排樣參數(shù)

3 基于UG軟件的鏈板模具設(shè)計(jì)及優(yōu)化

在利用AutoForm軟件完成鏈板排樣設(shè)計(jì)和成本計(jì)算后，要通過(guò)CAE仿真技術(shù)，對(duì)設(shè)計(jì)的效果進(jìn)行驗(yàn)證，并針對(duì)性的修改，以此保證設(shè)計(jì)效果的最優(yōu)化：①要對(duì)鏈路模板進(jìn)行3D建模，建模過(guò)程由凸凹模建模、落料凹模建模、沖孔凸模建模、凸模固定板建模、凸凹模固定板建模、卸料板建模、上模座建模、下模座建模、頂件塊建模、模柄建模、上模墊板建模、下模墊板建模、擋料銷建模、導(dǎo)料銷建模、橡皮等其他零件建模等共同構(gòu)成，其均需要在UG軟件中新增文件，并在將文件定義為建模模塊，具體的單位可結(jié)合設(shè)計(jì)需要靈活確定，然后在編輯環(huán)境下針對(duì)性的進(jìn)行。②在建模后要進(jìn)行虛擬裝配，其需要在新增文件的裝配環(huán)境中進(jìn)行，如圖2所示，具體的裝配過(guò)程包括上模裝配、下模裝配和總裝配三個(gè)步驟，在上模裝配的過(guò)程中，應(yīng)先在軟件中增建新的文件并添加相應(yīng)的組建，實(shí)現(xiàn)上模座的輸入，然后通過(guò)重合約束模柄和模柄孔的中心線、使模柄和模柄孔兩者的臺(tái)階面緊靠，實(shí)現(xiàn)對(duì)模柄的添加，再重合約束上模墊板和模柄兩者的中心孔軸線、上模墊板和上模座兩者的螺釘孔中心線，使上模墊板的上下表面緊靠，實(shí)現(xiàn)對(duì)上模墊板的添加，在此基礎(chǔ)上，以此進(jìn)行凸模固定板與凸模的添加、落料凹模和頂件塊的添加、定位銷釘與緊固螺釘和打料桿的添加，至此完成上模裝配的過(guò)程；下模裝配過(guò)程與上模裝配的操作方法基本相同，也需要在新增文件的基礎(chǔ)上，通過(guò)相關(guān)組件的輸入，增加下模座，然后在此基礎(chǔ)上依次進(jìn)行下模墊板的添加、凸凹模固定板與凸凹模的添加、下模定位銷釘和緊固螺釘?shù)奶砑?、橡皮添加、卸料板與擋料銷和導(dǎo)料銷的添加和緊固螺釘與螺母的添加，在下模裝配過(guò)程也完成的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)行總的裝配。在總裝配的過(guò)程中，同樣需要新增文件并輸入相關(guān)的之間，選擇絕對(duì)原點(diǎn)放置，然后在約束作用下將上模裝配時(shí)新增文件和下模裝配中的新增文件導(dǎo)入，在保證重合導(dǎo)套和相應(yīng)導(dǎo)柱兩者的軸線的前提下，在移動(dòng)命令的作用下，使上下模處于適當(dāng)?shù)奈恢?，完成所有裝配過(guò)程，裝配過(guò)程是后期運(yùn)動(dòng)仿真的前提，其直接關(guān)系到設(shè)計(jì)優(yōu)化的效果，所以需要引起設(shè)計(jì)人員的高度重視。

圖2 新增調(diào)用裝配模塊進(jìn)入裝配環(huán)境路徑

在仿真過(guò)程中，首先要打開(kāi)總裝配時(shí)新增的文件，并在其運(yùn)動(dòng)仿真模塊的作用下進(jìn)行新建仿真，并確定仿真連桿和運(yùn)動(dòng)副，在此基礎(chǔ)上通過(guò)解算方案的設(shè)計(jì)，和動(dòng)作仿真的制作，實(shí)現(xiàn)仿真運(yùn)動(dòng)，在此軟件的作用下，運(yùn)動(dòng)仿真可以圖形、圖像、視頻等各種形式輸出。設(shè)計(jì)人員利用此軟件提供的干涉、測(cè)量、追蹤、靜態(tài)力學(xué)分析等功能，可以對(duì)仿真運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量進(jìn)行分析，并結(jié)合分析結(jié)果對(duì)基于CAD/CAE技術(shù)的鏈板沖壓模具設(shè)計(jì)進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化，這對(duì)提升鏈板沖壓模具的性能、使用壽命等均具有重要的意義，所以現(xiàn)階段CAD/CAE技術(shù)在鏈板沖壓模具設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)積極的應(yīng)用。

4 結(jié)論

通過(guò)上述分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段我國(guó)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到基于CAD/CAE技術(shù)的鏈板沖壓模具設(shè)計(jì)相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法具有極大的優(yōu)越性，并有意識(shí)的在實(shí)踐中展開(kāi)相關(guān)的探索，取得了一定的成果，但相比西方發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)現(xiàn)階段的研究成果仍存在一定的滯后性，需要不斷的改進(jìn)和完善。

[1]曹琪．基于CAD/CAE技術(shù)的鏈板沖壓模具設(shè)計(jì)研究[D]．廣州：華南理工大學(xué)，2014．

[2]郝晟．組合模具設(shè)計(jì)中自動(dòng)工藝分析與模架元件選擇[D]．天津：天津理工大學(xué)，2013．

[3]葉俊勇，虞婕華．鏈板無(wú)搭邊分體式準(zhǔn)高速精密沖裁級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)[J]．機(jī)械制造，2011，09：72～75．

TG385.2

A

1004-7344（2016）15-0225-02

2016-5-12